近日，中科院海洋所張榮華研究組在印太跨洋盆和氣候-海洋生物地球化學過程間相互作用研究等方面取得新進展，最新研究結果發(fā)表在國際學術期刊Environmental Research Letters和Climate Dynamics上。
衛(wèi)星觀測顯示，在1998年和2010年由厄爾尼諾（El Ni？o）向拉尼娜（La Ni？a）的位相轉換期間，赤道東太平洋的海表葉綠素急劇增加，超過其年際變率振幅的三倍以上。目前，造成這種超級浮游植物爆發(fā)的原因尚不清楚。熱帶太平洋是海氣相互作用極為顯著且初級生產力很高的海區(qū)，對全球氣候和海洋生物地球化學循環(huán)及其變異具有舉足輕重的影響。其中海洋-大氣之間相互作用產生了厄爾尼諾和南方濤動現象（ENSO），顯著影響熱帶太平洋生態(tài)系統(tǒng)、漁業(yè)和碳循環(huán)等。然而，熱帶氣候-海洋生物地球化學過程間相互作用的研究還非常有限。例如，模式對熱帶太平洋葉綠素平均態(tài)及ENSO的表征和模擬仍然存在著極大的不確定性和模式間的差異性?；诖?，張榮華研究員課題組一直致力于熱帶太平洋海洋生物引發(fā)的加熱效應對氣候的反饋等研究工作，旨在認識氣候-海洋生物過程間相互作用機理，提高多圈層相互作用認知水平和模式模擬能力。
課題組利用多源觀測數據、CMIP6氣候模式模擬結果和海洋生物地球化學耦合模擬試驗，發(fā)現印度洋變暖在遠程觸發(fā)1998年和2010年赤道東太平洋的超級浮游植物爆發(fā)中扮演著重要作用。具體地，在El Ni？o發(fā)展年的冬季，印度洋變暖在印太海洋性大陸和熱帶西太平洋邊緣產生東風異常，激發(fā)了沿赤道向東傳播的上升Kelvin波，于次年春季在東太平洋中抬升營養(yǎng)鹽躍層；同時，東太平洋上層季節(jié)性增暖和季節(jié)混合層開始加深，導致富含大量營養(yǎng)鹽的次表層冷水更易卷夾進入混合層。另外，在El Ni？o發(fā)生年，熱帶太平洋氣候和海洋生物地球化學過程產生顯著的年際異常，如伴隨著浮游動物攝食壓力減弱等。這樣，印度洋增暖引發(fā)的跨洋盆的遠程效應和赤道中東太平洋局地氣候和海洋生物地球化學過程間協(xié)同作用促進了東太平洋浮游植物的爆發(fā)增長。
上層海洋浮游植物色素（如葉綠素a）吸收進入海表的太陽輻射，并對上層海洋產生顯著的加熱效應（葉綠素效應）。然而，海洋葉綠素引起的加熱對熱帶太平洋氣候平均狀態(tài)和ENSO的影響還沒有得到很好的理解。課題組自主發(fā)展了大氣、海洋物理和生物地球化學的混合型耦合模式（HCM），并進一步考究大氣與海洋間的耦合強度（引入可調參數 來定量化表征）對海表溫度模擬的影響。模擬結果表明，葉綠素對海表溫度平均態(tài)的影響程度和方向與耦合強度 有關。在弱耦合時（0≤ <1.01），葉綠素效應導致赤道東太平洋海表溫度變低，而在強耦合時（ ≥1.01）則使得SST增暖。在弱耦合情況下，間接動力冷卻過程（海洋環(huán)流的調整、垂向混合和上升流的增強）主導海表溫度的變冷效應。在強耦合的情況下，熱帶南太平洋葉綠素引起的持續(xù)增溫誘導跨越赤道偏北風，并在赤道東太平洋轉變?yōu)楫惓Ｎ黠L，從而減少蒸發(fā)冷卻，減弱了間接動力冷卻效應，最終導致赤道東太平洋維持海表溫度增溫。這些研究闡述了熱帶太平洋海洋-大氣和氣候-海洋生物相互作用的新機制。
印度洋增暖所產生的遠程效應潛在觸發(fā)赤道東太平洋浮游植物爆發(fā)示意圖，其中東太平洋局地過程協(xié)同作用包括季節(jié)性變化（混合層加深和海表增暖）和年際尺度浮游動物低攝食壓力
該研究由張榮華研究員、田豐博士和北京師范大學王秀君教授共同完成。研究獲得了中科院海洋大科學研究中心、青島海洋科學與技術試點國家實驗室、中科院第四紀科學與全球變化卓越創(chuàng)新中心、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金、中國博士后科學基金、青島市博士后應用研究項目的資助。
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Tian F, Zhang R-H* and Wang X 2021 Indian Ocean warming as a potential trigger for super phytoplankton blooms in the eastern equatorial Pacific from El Ni？o to La Ni？a transitions Environ. Res. Lett. 0–20 Online: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/abf76f
Tian F, Zhang R-H* and Wang X 2021 Coupling ocean–atmosphere intensity determines ocean chlorophyll-induced SST change in the tropical Pacific Clim. Dyn. Online: https://doi.org/10.1007/s00382-021-05666-3
